地鐵列車單車空氣制動(dòng)不緩解故障分析

張勝　岳銘

摘要 針對(duì)武漢地鐵4號(hào)線出現(xiàn)單車空氣制動(dòng)不緩解故障問題進(jìn)行分析，通過觀察車輛制動(dòng)不緩解故障現(xiàn)象，結(jié)合空氣制動(dòng)不緩解故障判斷邏輯，分析故障時(shí)刻制動(dòng)數(shù)據(jù)，故障點(diǎn)查找排除，綜合分析確定為制動(dòng)控制裝置（BCU）中制動(dòng)控制插件板（EPC）損壞導(dǎo)致。針對(duì)制動(dòng)控制插件板故障原因，提出了故障處理方法;為避免單車空氣制動(dòng)不緩解故障對(duì)正線運(yùn)營造成影響，總結(jié)了正線單車空氣制動(dòng)不緩解故障應(yīng)急處置方法。

關(guān)鍵詞 空氣制動(dòng);制動(dòng)不緩解;制動(dòng)控制裝置;制動(dòng)控制插件板

中圖分類號(hào) U279.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0064-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的城市著力于地鐵線路建設(shè)，投入使用的地鐵車輛數(shù)量也在不斷增多。雖然國內(nèi)地鐵車輛技術(shù)日益成熟，但地鐵在使用過程中依然會(huì)出現(xiàn)各類故障，有些故障甚至?xí)?yán)重影響行車安全[1]，其中，制動(dòng)系統(tǒng)中單車空氣制動(dòng)不緩解故障屬于比較典型故障，處置不當(dāng)容易導(dǎo)致列車無法牽引動(dòng)車，對(duì)正線運(yùn)營造成影響[2]。該文主要針對(duì)武漢地鐵4號(hào)線出現(xiàn)單車制動(dòng)不緩解故障進(jìn)行分析，找出故障原因做出相應(yīng)改進(jìn)，總結(jié)制動(dòng)不緩解故障特點(diǎn)及正線故障處置方法。

1 武漢地鐵4號(hào)線制動(dòng)系統(tǒng)概述

武漢地鐵4號(hào)線制動(dòng)系統(tǒng)采用微機(jī)控制的模擬式電空制動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用車控方式，每輛車都配有一套電空制動(dòng)控制裝置（BCU），BCU內(nèi)設(shè)有監(jiān)控終端，能進(jìn)行故障記錄及制動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過具有存儲(chǔ)功能的制動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)終端的USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，方便對(duì)車輛的故障、信息等方面的處理（見圖1）?？諝庵苿?dòng)執(zhí)行單元由踏面制動(dòng)單元缸、帶停放復(fù)合缸及閘瓦等組成，通過向制動(dòng)單元缸內(nèi)充入或排出空氣完成閘瓦和踏面的貼合與分離，從而完成空氣制動(dòng)施加和緩解。

制動(dòng)控制裝置由制動(dòng)微機(jī)控制單元（EBCU）和氣動(dòng)控制單元（PBCU）兩部分組成。制動(dòng)微機(jī)控制單元主要由5塊制動(dòng)插件板組成，其中制動(dòng)控制插件板（EPC）主要實(shí)現(xiàn)常用制動(dòng)的控制計(jì)算、制動(dòng)施加電磁閥（AV閥）和制動(dòng)緩解電磁閥（RV閥）的驅(qū)動(dòng)輸出。PBCU主要由電磁閥等氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其接收來自EBCU指令進(jìn)行制動(dòng)和緩解動(dòng)作，從而控制單元制動(dòng)缸內(nèi)空氣的充入與排出，實(shí)現(xiàn)空氣制動(dòng)施加與緩解。因此當(dāng)EPC板卡出現(xiàn)故障時(shí)，PBCU將無法接收EBCU動(dòng)作指令進(jìn)行制動(dòng)及緩解動(dòng)作，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)單車空氣制動(dòng)不緩解故障。

2 單車制動(dòng)不緩解故障現(xiàn)象

武漢地鐵4號(hào)線車輛正線出現(xiàn)多起單車空氣制動(dòng)不緩解故障，部分故障記錄如表1所示。

由故障記錄表1可以看出，當(dāng)車輛出現(xiàn)單車空氣制動(dòng)不緩解時(shí)，HMI界面會(huì)顯示BCU制動(dòng)不緩解信息提示，同時(shí)控制臺(tái)面板上制動(dòng)不緩解指示燈會(huì)亮。

4號(hào)線車輛空氣制動(dòng)不緩解判斷邏輯為在緩解指令發(fā)出后，通過檢測(cè)制動(dòng)缸壓力進(jìn)行空氣制動(dòng)不緩解檢測(cè)，制動(dòng)缸壓力不能在規(guī)定的時(shí)間（5 s）內(nèi)下降到一定的壓力，制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)判斷緩解失效，HMI會(huì)報(bào)出制動(dòng)不緩解故障。

此時(shí)制動(dòng)控制裝置將制動(dòng)不緩解信號(hào)通過數(shù)字量輸出模塊給車輛控制單元，從而HMI報(bào)出制動(dòng)不緩解故障，同時(shí)制動(dòng)控制裝置會(huì)使制動(dòng)不緩解燈信號(hào)繼電器得電，致使制動(dòng)不緩解燈點(diǎn)亮。

3 故障分析

對(duì)制動(dòng)不緩解故障車輛進(jìn)行檢查，檢查車下無異常，車輪無擦傷痕跡。通過制動(dòng)維護(hù)終端下載故障時(shí)刻數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，車輛在牽引工況下，由制動(dòng)狀態(tài)緩解時(shí)，出現(xiàn)單節(jié)車AC實(shí)測(cè)值及BC實(shí)測(cè)值無法正常降低情況（見圖2），其中BC實(shí)測(cè)值為單元制動(dòng)缸輸入空氣壓力;同時(shí)故障信息提示界面對(duì)應(yīng)車號(hào)顯示制動(dòng)不緩解故障。根據(jù)故障現(xiàn)象及制動(dòng)數(shù)據(jù)顯示，制動(dòng)不緩解車輛可確定為單車空車制動(dòng)不緩解故障。

空氣制動(dòng)控制氣路圖如圖3所示，AV閥為制動(dòng)施加電磁閥，RV閥為制動(dòng)緩解電磁閥，AC壓力傳感器檢測(cè)預(yù)控壓力，制動(dòng)數(shù)據(jù)顯示為AC實(shí)測(cè)值，BC壓力傳感器檢測(cè)制動(dòng)缸壓力，制動(dòng)數(shù)據(jù)顯示為BC實(shí)測(cè)值，圖中.06為中繼閥，其作用是進(jìn)行流量放大，使制動(dòng)缸的壓力BC跟隨控制壓力AC變化而變化。正常情況下，制動(dòng)施加時(shí)，AV閥和RV閥均得電，預(yù)控壓力上升控制中繼閥動(dòng)作，使主風(fēng)管壓縮空氣進(jìn)入到制動(dòng)單元缸管路內(nèi)，風(fēng)壓增大，從而BC實(shí)測(cè)值上升;制動(dòng)緩解時(shí)，AV閥和RV閥均失電，預(yù)控壓力排空，中繼閥動(dòng)作，制動(dòng)單元缸內(nèi)空氣通過中繼閥排出，風(fēng)壓減小，BC實(shí)測(cè)值下降。由此分析可知，制動(dòng)數(shù)據(jù)中顯示的預(yù)控壓力無法及時(shí)排空，導(dǎo)致制動(dòng)缸壓力不能及時(shí)下降，從而造成單車空氣制動(dòng)不緩解故障。

根據(jù)預(yù)控壓力無法排空故障點(diǎn)，分析可能故障原因?yàn)椋?/p>

（1） AC、BC壓力傳感器故障導(dǎo)致壓力采集信息錯(cuò)誤，與實(shí)際壓力值不符，出現(xiàn)壓力值顯示異常情況，從而制動(dòng)系統(tǒng)報(bào)出制動(dòng)不緩解故障。

（2）制動(dòng)緩解電磁閥RV自身故障或制動(dòng)緩解電磁閥驅(qū)動(dòng)控制故障，導(dǎo)致緩解電磁閥無法失電，使預(yù)控壓力（AC壓力）無法及時(shí)排空。

為確定具體故障原因，使用手持式壓力測(cè)力裝置測(cè)得AC、BC壓力測(cè)點(diǎn)處壓力值與制動(dòng)軟件顯示壓力基本一致，可排除AC、BC壓力傳感器故障，將故障車制動(dòng)緩解電磁閥與正常車對(duì)調(diào)后故障現(xiàn)象未轉(zhuǎn)移，排除制動(dòng)緩解電磁閥RV自身故障，將故障車制動(dòng)控制插件板與正常車對(duì)調(diào)后故障轉(zhuǎn)移，最終確定為制動(dòng)控制插件板（EPC）故障，更換故障EPC板卡后，故障恢復(fù)，車輛調(diào)試無異常。

4 故障排除

針對(duì)EPC板卡故障導(dǎo)致單車空氣制動(dòng)不緩解故障，對(duì)EPC板卡檢測(cè)分析確認(rèn)為EPC板卡上的緩解電磁閥驅(qū)動(dòng)芯片損壞導(dǎo)致。RV閥驅(qū)動(dòng)芯片功能框圖如圖4所示，RV閥驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部有有源嵌位保護(hù)電路，而制動(dòng)施加和緩解電磁閥為感性負(fù)載，在開關(guān)斷開時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但內(nèi)部保護(hù)電路吸收能力有限，在開關(guān)長(zhǎng)期使用且動(dòng)作頻繁、無額外保護(hù)的工況下會(huì)累積損傷，導(dǎo)致芯片損壞。為避免此類故障隱患，保護(hù)RV閥驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的有源嵌位電路不受損壞，4號(hào)線已將每個(gè)RV、AV電磁閥連接器更換帶有保護(hù)二極管的連接器，在外部增加吸收電路保護(hù)有源嵌位電路，運(yùn)營觀察至今無該類故障出現(xiàn)。

5 總結(jié)

由分析可以看出：由于制動(dòng)控制裝置（BCU）中制動(dòng)控制插件板（EPC）損壞導(dǎo)致了緩解電磁閥RV閥無法失電，預(yù)控壓力無法及時(shí)排出，致使單元制動(dòng)缸壓力無法下降，造成了單車空氣制動(dòng)不緩解故障。建議后續(xù)項(xiàng)目電路設(shè)計(jì)時(shí)增加對(duì)芯片的保護(hù)設(shè)計(jì)，避免芯片損壞導(dǎo)致制動(dòng)故障。

基于EPC板卡故障導(dǎo)致單車空氣制動(dòng)不緩解故障現(xiàn)象，當(dāng)正線出現(xiàn)該類故障現(xiàn)象時(shí)，為更快速做出應(yīng)急處置，乘務(wù)員可根據(jù)HMI故障顯示的車廂號(hào)，對(duì)單節(jié)故障車進(jìn)行制動(dòng)切除操作并及時(shí)退出運(yùn)營。

參考文獻(xiàn)

[1]趙尋， 文作強(qiáng)， 熊耀. 重慶市軌道交通1號(hào)線車輛制動(dòng)不緩解典型案例分析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2019（3）： 15-18.

[2]李昌銳. 地鐵車輛空氣制動(dòng)不緩解故障研究[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)， 2021（11）： 72-73.